劉俊杰

摘要：本文中簡(jiǎn)單分析了地鐵車輛輔助逆變器的特點(diǎn)，并分析了逆變器故障的成因，探討了故障的分析和檢修思路，旨在為我國(guó)地鐵車輛的正常運(yùn)行提供幫助與參考。

關(guān)鍵詞：地鐵車輛;輔助逆變器;故障檢修;思路分析

一、地鐵輔助逆變器

隨著今年來(lái)現(xiàn)代化技術(shù)的不斷發(fā)展，地鐵車輛的整體性能都得到了極大的優(yōu)化和提升，地鐵為人們的日常生活帶來(lái)了極大的便利。而地鐵在運(yùn)行過(guò)程中的輔助逆變器對(duì)于車輛來(lái)說(shuō)極為重要，地鐵的輔助逆變器是車輛中不可或缺的一個(gè)重要組成部分，其中的結(jié)構(gòu)復(fù)雜并且具有極高的集成度，地鐵輔助逆變器是輔助系統(tǒng)，其主要功能是為地鐵除牽引車以外的一些電器設(shè)備進(jìn)行供電，并且還能夠?qū)Ω鞣N控制回路進(jìn)行優(yōu)化。而地鐵輔助逆變器出現(xiàn)問(wèn)題就會(huì)導(dǎo)致地鐵的運(yùn)行，受到極大的影響，選擇有效的方式對(duì)其進(jìn)行診斷，對(duì)于地鐵輔助逆變器的正常運(yùn)行來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。

眾所周知，分散式供電以及集中式供電是目前輔助逆變器的主流供電類型，一個(gè)地鐵線路在進(jìn)行輔助供電系統(tǒng)的設(shè)置時(shí)，需要在地鐵列車上安裝SIV，而此時(shí)選擇的是集中式的宮殿，在這樣的狀況下，系統(tǒng)裝置中包含多種不同的部件，其中包括DC-DC斬波裝置、輔助逆變器和整流裝置。而集中式的供電，則選擇的是輔助逆變器電源為SPWM調(diào)制的輔助逆變電源分散式的供電形式，則選擇的是十二脈沖輔助抗變電源。

如果在進(jìn)行建設(shè)時(shí)需要系統(tǒng)整體來(lái)說(shuō)較為簡(jiǎn)單，并且電路元件較少的逆變電路則可選擇SPWM調(diào)至輔助異變電源結(jié)構(gòu)，而在進(jìn)行建設(shè)時(shí)，這一環(huán)節(jié)中的系統(tǒng)主要由三相一遍喬和LC濾波器以及處處隔離變壓器組成，在進(jìn)行調(diào)制時(shí)采用SPWM進(jìn)行調(diào)制，隨后再配合應(yīng)用率波器的功能，就可以獲得較少諧波分量的電壓。 SPWM調(diào)制輔助逆變電源結(jié)構(gòu)在應(yīng)用過(guò)程中主要的原理是，應(yīng)用橫幅不等寬的脈沖列去代替一個(gè)正弦波，而工作人員在進(jìn)行設(shè)置時(shí)，可以將這一正弦波進(jìn)行平均分成一層一層地將其分為不同的部分，可以分為N等份，隨后再將其中的每一等份用一個(gè)與其面積相等的等幅矩形脈沖中心線與其終點(diǎn)進(jìn)行重合，則能夠獲得高度不變，并且寬度能夠按照正弦規(guī)律變化的脈沖列，而這也就是我們常說(shuō)的SPWM調(diào)制。

12階梯波合成逆變電源，則可將其分為DY和DZ型變壓器的T1和T2共同構(gòu)成，而子逆變器中的第1和第2組分分別是由PWM脈沖和滯后的30度同一批WM脈沖進(jìn)行調(diào)制，在進(jìn)行設(shè)置時(shí)，傳統(tǒng)的12階梯波和程集便器通常會(huì)選擇180度的導(dǎo)通方式進(jìn)行處理，如果在進(jìn)行輸出電壓的調(diào)制時(shí)，選擇的是逆向調(diào)壓變化，則其中往往會(huì)面臨著較多的缺陷，工作人員需要通過(guò)單邊脈寬調(diào)制的方式，來(lái)解決其中存在的斜波含量較大的問(wèn)題，借此保障設(shè)備能夠正常運(yùn)行。

二、逆變器故障的主要原因

1. ?逆變器IGBT功率管出現(xiàn)故障的原因

通常情況下來(lái)說(shuō)，逆變器在運(yùn)行過(guò)程中容易受到自身所帶有的電流或電壓的影響發(fā)生損壞，除此之外可能由于逆變器內(nèi)部的零件老化而發(fā)生故障，地鐵的輔助逆變器在運(yùn)行過(guò)程中始終處于高頻的運(yùn)行狀況，其工作環(huán)境較為惡劣，所以在地鐵運(yùn)行過(guò)程中，逆變器容易受到外界因素和內(nèi)部元件的影響出現(xiàn)故障。而在近年來(lái)的研究調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，地鐵輔助逆變器出現(xiàn)故障的部位，一般情況下是功率開(kāi)關(guān)器件出現(xiàn)開(kāi)路故障或者直通故障。短路故障在地鐵輔助逆變器中整體來(lái)說(shuō)較為少見(jiàn)，一般情況下是由于地鐵系統(tǒng)出現(xiàn)錯(cuò)誤信號(hào)驅(qū)動(dòng)或者有雪崩擊穿所導(dǎo)致的。逆變器IGBT電路在運(yùn)行過(guò)程中，如果提供的電壓過(guò)小，則IGBT就會(huì)自動(dòng)的退出飽和導(dǎo)通區(qū)，隨后進(jìn)入線性放大區(qū)，此時(shí)整個(gè)電氣元件內(nèi)的電阻會(huì)進(jìn)一步增大，而在大電阻的運(yùn)行環(huán)境下，整個(gè)元器件會(huì)出現(xiàn)過(guò)熱的情況，高溫會(huì)導(dǎo)致設(shè)備受到損傷。一般器件在出現(xiàn)破裂或者焊接脫落和電路板損壞時(shí)，都會(huì)出現(xiàn)開(kāi)路故障，而由于大多數(shù)電路在建設(shè)時(shí)，內(nèi)部都具有一定的自動(dòng)保護(hù)功能，所以在發(fā)生短路時(shí)故障就能夠快速隔離，如果在檢測(cè)過(guò)程中難度較大，則需要使用植入熔絲轉(zhuǎn)變?yōu)殚_(kāi)路故障，將其進(jìn)行處理。而在IGBT元件出現(xiàn)故障時(shí)，若出現(xiàn)短路故障，工作人員可以對(duì)IGBT的發(fā)射極和集電極之間的電壓進(jìn)行檢測(cè)以判斷短路故障。出現(xiàn)短路故障時(shí)，慢關(guān)斷就會(huì)導(dǎo)致故障的功率管出現(xiàn)軟關(guān)斷的情況，而發(fā)生開(kāi)路時(shí)故障就會(huì)導(dǎo)致功率管的相電壓減小，系統(tǒng)本身的欠壓保護(hù)則無(wú)法完全彌補(bǔ)功率管出現(xiàn)的功率缺失，需要工作人員引起重視。

2. 故障對(duì)于系統(tǒng)的影響

當(dāng)輔助逆變器的內(nèi)部元件出現(xiàn)開(kāi)路時(shí)，驅(qū)動(dòng)電壓就會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部元件無(wú)法導(dǎo)通，而此時(shí)電壓缺失以及輸出電壓波形就會(huì)發(fā)生一定的畸變，無(wú)法滿足正常的工作需求。對(duì)于階梯波合成逆變器來(lái)說(shuō)，這一故障產(chǎn)生的影響更多，例如在發(fā)生故障后低次諧波則無(wú)法被抵消，這就會(huì)在一定程度上增強(qiáng)輸出電壓中的諧波。當(dāng)輔助逆變器在工作時(shí)處于正常的工作狀態(tài)時(shí)，電路中的橋臂的輸出功率較大，而一旦出現(xiàn)故障，則會(huì)導(dǎo)致橋臂的輸出功率大大降低。

3. 管道故障

逆變故障這一過(guò)程中有一個(gè)較為溫和的過(guò)濾故障，這對(duì)整個(gè)物理電路的可靠性會(huì)產(chǎn)生一定的影響，而無(wú)論是設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中的測(cè)試還是維護(hù)都會(huì)受到一定的影響，所以為了了解這一問(wèn)題，工作人員需要依靠FFT來(lái)實(shí)現(xiàn)PWM的三相故障濾波器。首先在進(jìn)行設(shè)置時(shí)，應(yīng)當(dāng)應(yīng)用逆轉(zhuǎn)錄病毒反饋系統(tǒng)軟件來(lái)進(jìn)行軟件分析，如果甲參數(shù)與實(shí)際參數(shù)的各項(xiàng)指標(biāo)作為可測(cè)變量，逆轉(zhuǎn)錄病毒的反饋部分，就能夠得到確認(rèn)。一般情況下軟性故障中的各項(xiàng)參數(shù)都是已知的，因此在進(jìn)行確認(rèn)時(shí)故障的檢測(cè)主要是確定這些參數(shù)的實(shí)際值，以及確認(rèn)這一系列參數(shù)是否在合理的范圍內(nèi)，借此保障后續(xù)的維修和檢測(cè)工作更為順利的開(kāi)展。三相數(shù)字還會(huì)導(dǎo)致電流脈沖，而在平行收斂后系統(tǒng)則會(huì)出現(xiàn)快速平衡的情況，一般情況下，比較環(huán)的方式則是通過(guò)檢測(cè)零時(shí)間來(lái)計(jì)算相的狀況，但在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，工作人員發(fā)現(xiàn)，動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)對(duì)調(diào)和、直接偏差以及其他干擾十分敏感，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中缺乏良好的穩(wěn)定性，所以在檢測(cè)時(shí)一般情況下需要根據(jù)多項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行綜合判斷，以軟件所給出的參數(shù)為主要的判斷標(biāo)準(zhǔn)。

4. 輔助逆變保護(hù)措施

直流側(cè)中含有較為明顯的二次諧波成分，采用差分全波傅里葉算法則可提取其中的二次諧波幅值。在進(jìn)行設(shè)置時(shí)2次諧波則能夠靈敏且有效的對(duì)這類故障進(jìn)行保護(hù)。根據(jù)逆變器發(fā)生出現(xiàn)的故障，其直流側(cè)電流則會(huì)出現(xiàn)直流量、二次諧波、基波。要更好的對(duì)其中的故障進(jìn)行判斷，并使其能夠在任何故障發(fā)生時(shí)快速反應(yīng)，在現(xiàn)有的逆變器基礎(chǔ)上可以增加激波過(guò)流保護(hù)和二次諧波過(guò)流保護(hù)，通過(guò)直流側(cè)電流與閾值進(jìn)行有效的比較，則能夠?qū)崿F(xiàn)逆變器電路故障的保護(hù)，其實(shí)質(zhì)是過(guò)流保護(hù)使逆變器電路在運(yùn)行過(guò)程中不會(huì)受到大電流大電壓的影響而出現(xiàn)故障。針對(duì)目前我國(guó)地鐵站中所使用的輔助逆變器進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)其保護(hù)還并不完善，需要提出新的保護(hù)方案，在逆變器內(nèi)部發(fā)生故障或者短路時(shí)，快速且有效的將逆變器的連接開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，這樣能夠保障整個(gè)系統(tǒng)處于安全穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。

總結(jié)

輔助逆變系統(tǒng)對(duì)于地鐵車輛的整個(gè)運(yùn)行來(lái)說(shuō)極為重要，有效解決和處理輔助逆變系統(tǒng)存在的故障問(wèn)題，并降低輔助運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)地鐵車輛安全運(yùn)行產(chǎn)生的影響，工作人員需要對(duì)地鐵車輛輔助逆變系統(tǒng)的可靠性和安全性進(jìn)行綜合分析，解決其中存在的故障并開(kāi)展有效的管理，只有這樣才能夠使乘客的乘車安全性得到提升。而這一工作的開(kāi)展需要各個(gè)部門發(fā)揮自身的作用，尤其是工作人員應(yīng)當(dāng)掌握輔助地面器的各個(gè)典型問(wèn)題，并且在工作中有意識(shí)的進(jìn)行防范，這樣能夠保障地鐵的安全運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]李旭. 地鐵車輛輔助逆變器故障診斷系統(tǒng)研究[D].太原科技大學(xué)，2013.

[2]王鑫，趙清良. 地鐵車輛輔助逆變器的設(shè)計(jì)與仿真[J]. 機(jī)車電傳動(dòng)，2006，（04）：43-46.

[3]雷淑田，李凱，魏興，閆莉瑩.地鐵車輛集成式牽引輔助變流器研制[J].自動(dòng)化應(yīng)用，2021（07）：144-146.